KR101450616B1 - 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법 - Google Patents

난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(PET)를 이용하여 섬유를 제조함에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 원료를 용융시켜 방사한 원사를 연신시킬 때 난연제를 연신사에 코팅시키는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 용융된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 방사시켜 원사를 만들고, 만들어진 원사를 용도에 맞게 연신시켜 원사보다 가는 연신사를 만들며, 연신공정 중에 연신되는 연신사에 난연제를 처리하여, 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 섬유가 난연성을 가질 수 있도록 하는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 난연제가 혼합되어 함께 용융되어 제조되는 종래 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유가 가지는 강도와 신도 저하 문제를 해결하는 효과를 얻을 수 있고; 난연제와 더불어 색상 안료 등과 같은 기능성 물질이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 더 혼합되어 용융공정의 원료로 구성되는 경우에는 원료에 혼합되는 난연제의 양을 최소화하여 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 강도와 신도를 일정하게 확보함과 동시에 연신공정에서 코팅되는 난연제로서 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 난연성 또한 우수하게 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법{Manufacturing method of flame resistant polyethylene phthalate fiber}
본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(PET)를 이용하여 섬유를 제조함에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 원료를 용융시켜 방사한 원사를 연신시킬 때 난연제를 연신사에 코팅시키는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 용융된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 방사시켜 원사를 만들고, 만들어진 원사를 용도에 맞게 연신시켜 원사보다 가는 연신사를 만들며, 연신공정 중에 연신되는 연신사에 난연제를 처리하여, 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 섬유가 난연성을 가질 수 있도록 하는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 관한 분야이다.
지방족 글리콜과 방향족 디카르복실산 혹은 에스테르로부터 얻어지는 부분적으로 방향고리를 갖는 열가소성 폴리에스테르는 상업적으로 매우 중요하다. 상업적으로 중요한 의미를 갖는 이러한 열가소성폴리에스터 고분자로는 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 등이 대표적이다.
이 중 PET는 고강성, 유연성, 찢김 및 늘림에 대한 저항성, 열안정성 및 내화학성을 가지는 고성능 재료이다. 이러한 PET의 우수한 물성 때문에 PET 섬유는 외투, 자켓, 레져 및 스포츠웨어, 방호복 등의 의복산업 뿐만 아니라 가구커버용 직물, 커튼 원단 등과 같은 홈 인테리어 부문에도 널리 사용되고 있다. 그러나 연소 시 PET 섬유가 가지는 고연소성과 심각한 드립현상은 PET 섬유의 적용성을 제한하는 결점으로 지목되고 있다.
또한, PET 섬유가 연소할 때 발생하는 독성가스와 매연은 화재사망사고의 주요한 요인으로 평가되고 있다. 이러한 PET 섬유의 결점을 극복하고자 PET섬유 고분자의 난연화에 대한 연구가 진행되었고, 다양한 종류의 물질들이 난연첨가제로 사용되었다. 초기에는 주로 브롬계와 염소계로 대표되는 할로겐계 난연제인 폴리테트라브로모 비스페놀에이 카보네이트, 데카브로모 다이페닐에테르, 테카브로모 다이페닐옥사이드, 염소화 파라핀과 같은 물질들이 난연보조제인 삼산화 안티몬과 함께 PET의 난연화를 위해 사용되었다. 할로겐계 난연제는 가스상 난연 메커니즘에 의한 난연효과는 뛰어나지만 연소문제 및 안전성 문제가 대두됨과 동시에 할로겐계 난연제의 사용에 대한 국제적 사용규제가 늘어나는 실정이다.
다음은 난연성 섬유 제조방법에 관한 대표적인 종래기술이다.
국내공개특허 제10-2008-0057839호는 난연성 및 형태안정성이 우수한 폴리에스테르 원사의제조방법 및 그로부터 제조되는 폴리에스테르 원사에 관한 것으로서, ⅰ) 디카르복실산 성분과 디올 성분의 1차 에스테르화 반응물, 및 인계 난연제를 포함하는 조성물을 촉매 존재 하에서 중합반응시켜 난연성 폴리에스테르 칩(chip)을 제조하는 단계; ⅱ) 상기 난연성 폴리에스테르 칩의 표면을 예비 결정화시키는 단계; ⅲ) 상기 표면 결정화된 폴리에스테르 칩을 고상중합하는 단계; ⅳ) 상기 고상중합 폴리에스테르 칩을 용융 및 방사하여 미연신사를 제조하는 단계; 및 ⅴ) 상기 미연신사를 별도의 연신장치에서 연신 및 열처리하여 연신사를 제조하는 단계를 포함하여 구성되었다.
상기 종래기술은 인계 난연제 함유 폴리에스테르 칩의 고상중합반응 전에 칩 표면을 예비 결정화시키는 단계를 포함함에 따라 고상중합시 칩간의 엉김현상(Lumping)이 없으며, 중합반응을 고온에서 단시간에 수행할 수 있어 폴리에스테르 원사에 고강도 특성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 중합반응시 칩 간의 마찰에 의해 발생되는 파우더의 양을 최소화시킴으로서 생산효율을 향상시킬 수 있고, 미연신사를 별도의 연신장치에서 연신(횡연신) 및 열처리함에 따라 원사의 품질 및 형태 안정성이 우수한 효과가 있었으나, 인계 난연제와 폴리에스테르 칩을 합성하는 과정에서 고가의 비용이 소모되기 때문에 경제성 떨어지는 문제가 발생하여, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 관한 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지의 용융과정 이전에 난연제를 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 먼저 혼합한 후, 난연제가 혼합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 용융시켜 방사하고 연신시킴으로써 만들어졌기 때문에, 난연제가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 함께 용융되는 경우에는 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 일정한 난연성 확보는 가능하였으나, 더욱 우수한 난연성의 확보를 위하여 난연제가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 지나치게 많이 포함되면, 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 강도와 신도가 떨어지는 문제가 발생하였고;
난연제와 더불어 색상 안료 등과 같은 기능성 물질이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 더 혼합되는 경우에는 풀리에스테르 수지의 물리적인 특성을 확보하기 위하여 난연제의 조성비를 더욱 낮추어야 하는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
압출기를 이용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 용융시키는 용융공정과; 상기 용융공정 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 방사하고 방사된 원사를 냉각시키는 방사공정과; 상기 방사공정 처리된 원사를 연신기를 이용하여 연신시키며, 연신되는 연신사에 난연제를 코팅시키는 연신공정과; 상기 연신공정 처리된 연신사를 권취하는 권취공정;를 포함하여 구성되는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법을 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지만으로 구성된 원료 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 기능성 물질들이 포함된 원료가 용융되어 방사된 이후, 방사된 원사를 연신시키는 연신공정에서 난연제를 연신사의 표면 또는 표면 기공에 코팅시키는 효과를 발휘하여;
폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 난연제가 혼합되어 함께 용융되어 제조되는 종래 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유가 가지는 강도와 신도 저하 문제를 해결하는 효과를 얻을 수 있고;
난연제와 더불어 색상 안료 등과 같은 기능성 물질이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 더 혼합되어 용융공정의 원료로 구성되는 경우에는 원료에 혼합되는 난연제의 양을 최소화하여 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 강도와 신도를 일정하게 확보함과 동시에 연신공정에서 코팅되는 난연제로서 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 난연성 또한 우수하게 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법을 나타내는 공정블럭도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법의 연신공정을 나타내는 공정블럭도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법을 나타내는 장치구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법의 연신공정을 나타내는 장치구성도.
본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene phthalate, PET)를 이용하여 섬유를 제조함에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 원료를 용융시켜 방사한 원사를 연신시킬 때 난연제를 연신사에 코팅시키는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 관한 것으로서, 압출기를 이용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 용융시키는 용융공정(S100)과; 상기 용융공정(S100) 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 방사하고 방사된 원사를 냉각시키는 방사공정(S200)과; 상기 방사공정(S200) 처리된 원사를 연신기(20)를 이용하여 연신시키며, 연신되는 연신사에 난연제를 코팅시키는 연신공정(S300)과; 상기 연신공정(S300) 처리된 연신사를 권취하는 권취공정(S400);를 포함하여 구성되는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 4를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 용융공정(S100)은 압출기를 이용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 용융시키는 공정으로서, 일반적으로 고형의 칩(chip) 상태를 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 용융시켜 유동성을 가지게 만들기 위한 공정이다.
이때, 용융공정(S100) 처리되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 신형 수지, 재생 수지 또는 신형 수지와 재생 수지를 일정의 비율로 혼합한 것 중 어떠한 것을 이용할 수 있고, 원료탱크에서 이송되어 건조기를 이용하여 130~180℃의 건조시켜 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 포함된 수분을 30~40ppm으로 제거하여 이용할 수도 있다.
또한 본 발명은 용융공정(S100)의 원료를 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 단독으로 사용가능하고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 압출기로서 용융시키기 이전에, 믹싱기를 이용하여 색상 안료, 자외선차단제 또는 난연제 등과 같은 기능성 물질을 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(칩)와 함께 혼합하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 용융시킴으로써, 제조완료된 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유에 색상, 자외선 차단 등의 기능성을 부여할 수도 있다.
상기와 연관하여, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 기능성 물질로서 색상 안료를 더 포함시키는 경우에는 미리 건조된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 색상 안료를 혼합한 후, 색상 안료가 혼합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 교반함으로써, 건조되어 잠열을 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지에 남아 있을 수 있는 수분을 증발시키고, 색상 안료에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지의 잠열을 전달시켜 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 색상 안료 간의 혼련성을 증가시킬 수 있다.
아울러 용융공정(S100) 시에 이용되는 압출기는 고형의 합성수지 재질 물질에 열에너지를 가하며 혼련 압출하여 합성수지 재질 물질을 용융시킬 수 있는 것이면 일반적인 것 중에 선택하여 이용할 수 있고, 본 발명에 있어서의 압출기는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 원활하게 용융시킬 수 있는 280~320 ℃의 실린더 온도와 260~280℃의 다이스 온도를 가질 수 있는 것이 바람직하다.
또한 방사공정(S200)은 상기 용융공정(S100) 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 방사하고 방사된 원사를 냉각시키는 공정으로서, 용융공정(S100)의 압출기 토출구에서 배출되는 용융된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 공급받아 다수 개의 방출구를 구비하는 원사 방출부재로 원사를 배출하는 펌핑기를 이용하여 수행하는 공정이다.
즉, 용융공정(S100)에서 용융되어 유동성 가지는 형태로 배출되는 용융된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지는 압출기의 토출구 측에 장착된 펌핑기로 공급되고, 펌핑기는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 펌핑기의 일측에 구비된 원사 방출부재 방향으로 공급하여, 원사 방출부재에 구비된 다수 개의 방출구로 용융된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 가압공급하여 방출구로 용융된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지가 실처럼 방사될 수 있도록 하는 공정이다.
이때, 펌핑기의 방출구로 방사되는 원사는 다수 개의 원사가 서로 엉키지 않도록 하며 공냉방식 또는(및) 수냉방식으로 냉각처리되어 굳어진다.
아울러 방사된 원사는 냉각처리되어 권취기로 권취되거나 일정의 용기에 담아질 수도 있고, 냉각처리와 연신을 위한 유제(유제는 하기에서 상술함.)처리가 연속적으로 수행되어 권취되거나 일정의 용기에 담아질 수도 있다. 더불어 냉각된(또는 냉각 및 유제처리된) 원사는 권취 또는 용기에 담아지지 않고 직접 연신공정(S300) 처리될 수도 있다.
또한 방사공정(S200) 처리되어 만들어진 원사는 연신공정(S300) 처리되어 제조완료된 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 섬유의 용도에 따라 적절한 직경(굵기)을 가질 수 있으나, 0.03~0.1mm의 직경을 가지도록 구성되어, 원사의 2~6배율로 연신된 연신사가 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 제조완료되어 의복류, 아파트, 주택, 사무실, 건물, 차량, 지하철, 철도, 선박 내부 등의 섬유자재로 이용될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 원사의 단면 직경이 0.03mm 미만이면 원사의 연신 배율을 높이지 않아도 제조되는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 굵기를 얇게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있으나, 방사공정(S200) 중에 방사되는 원사가 쉽게 끊어지는 문제가 발생할 수 있고, 원사의 단면 직경이 0.1mm를 초과하면, 방사공정(S200) 중에 방사되는 원사의 끊김은 방지할 수 있으나, 연신공정(S300) 처리되는 원사의 연신 배율을 높여야 하는 번거로움이 있기 때문에 상기 범위 내의 단면 직경을 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.
아울러 연신공정(S300)은 상기 방사공정(S200) 처리된 원사를 연신기(20)를 이용하여 연신시키며, 연신되는 연신사에 난연제를 코팅시키는 공정으로서, 원사를 이용하여 원사보다 작은 직경을 가지는 연신사를 만드는 공정에서 연신되는 연신사에 난연제를 코팅시키는 공정이다.
구체적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 제조하는 일반적인 연신공정(S300)은 원사를 연신기(20)에 구비된 복수 개의 연신롤러(21)에 엇갈리도록 걸고, 순차적이면서 서로 다른 속도로 회전하는 연신롤러(21) 간의 회전속도 차이에 의한 장력으로 원사 또는 연신되는 연신사가 일정의 연신배율로 연신되도록 처리된다. 이때, 연신기(20)에 의하여 연신되는 연신사(또는 원사)는 장력으로 인하여 끊어지지 않도록 연신기(20)에 걸려지기 이전에 유제처리되는 것이 바람직한데, 유제는 연신과정에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 분자배열을 유지함과 동시에 연신사를 부드럽게 하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 기능성을 높이고 정전기 방지는 효과도 실현한다.
또한 본 발명에 있어서의 유제는 일반적인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 연신 시에 이용되는 계면활성제와 같은 유제를 이용하는 것이 바람직하다.
아울러 연신공정(S300)의 연신기(20)는 원사의 두께 또는 요구되는 연신사의 두께에 따라 복수 개로 설치되어 연신사의 연신처리를 복수 번 처리할 수 있고, 동일한 원사를 복수 개의 연신사로서 복수 번 연신처리하면 연신사의 두께는 점점 더 얇아짐은 자명할 것이다. 더불어 본 발명에 의한 원사는 연신기(20)에 의하여 원사의 2~6배율로 연신되도록 구성되는 것이 바람직하다.
아울러 연신공정(S300)은 연신사의 연신배율을 확보하기 위하여 유제를 처리하고, 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유에 난연성을 부여하기 위하여 연신되는 연신사에 난연제를 코팅처리하는 과정을 수행한다.
이때, 연신사에 대한 난연제의 코팅은 난연제 코팅으로 인하여 연신사의 연신이 저해되지 않고, 제조완료된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 난연성이 확보될 수 있으면 다양한 방법을 이용하여 처리되어도 무방하나, 도 2와 같이 연신공정(S300)은 연신기(20)를 이용하여 원사를 연신시키는 연신단계(S300a)와; 상기 연신단계(S300a) 처리된 연신사에 유제를 처리하는 유제처리단계(S300b);가 순차적으로 복수 회로 처리되고, 마지막 연신단계(S300a) 처리 이전의 유제처리단계(S300b)를 대신하여, 연신사에 난연제를 코팅하는 난연제 코팅처리단계(S300c);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 연신단계(S300a)는 일정의 간격을 유지하며 설치된 복수 개의 연신기(20)에 연신사가 연장되어 걸려진 상태로 처리된다. 이때, 연신사는 선행된 연신기(20)에 걸려 1차적으로 일정 배율로 연신되고, 후행된 연신기(20)에 걸려 2차적으로 일정 배율 다시 연신되는 과정으로 처리된다.
아울러 유제처리단계(S300b)는 상기 연신단계(S300a)와 연계하여 연신사에 유제를 처리하는 과정으로서, 연신기(20)와 연신기(20) 사이에 액상의 유제를 수용할 수 있는 침지수조(30a)를 구성하고, 침지수조(30a)에 수용된 유제에 선행의 연신기(20)에서 빠져나온 연신사를 침지시킨 이후 후행의 연신기(20)에 투입시키는 과정으로 처리된다.
상기와 연관하여, 도 4와 같이 원사가 담겨진 용기에서 원사를 공급받는 해사대(10)(원사를 연신하기 위하여 용기에 담겨진 원사를 가지런히 하여 연신기(20)로 유도하는 수단)에서 원사를 공급받는 최초의 연신기(20)에 앞에는 유제처리단계(S300b)를 위한 침지수조(30a)가 구성될 수도 있고, 방사공정(S200)의 냉각처리 시에 유제가 선행처리된 경우에는 유제처리단계(S300b)를 위한 침지수조(30a)가 미구성될 수도 있다.
또한 유제처리단계(S300b)는 연신단계(S300a)를 위한 연신사에 유제를 처리하여 유제로서 연신사의 연신배율을 확보할 수 있으면 어떠한 방법 또는 처리장치를 이용하여 처리하여도 무방하나, 침지수조(30a)에 수용된 유제는 연신사에 대한 원활한 흡수를 확보하기 위하여 70~100℃의 온도로 가열처리되며 연신사를 침지시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
아울러 유제처리단계(S300b)는 유제를 수용하는 침지수조(30a)와; 상기 침지수조(30a)의 상부에 하나 이상 구비되어 연신사가 침지수조(30a)의 유제에 침지되도록 유도하는 복수 개의 가이드롤러(31) 및; 연신기(20) 쪽에 해당하는 상기 침지수조(30a)의 상부에 구비된 가이드롤러(31) 상부에 가이드롤러(31)와 맞닿으며 위치되어, 유제가 흡수된 연신사를 가이드롤러(31)와의 사이로 가압통과시키는 가압롤러(32);를 이용하여 처리되도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 침지수조(30a)는 연신기(20)와 연신기(20) 사이에 구성되어 유제를 수용할 수 있는 내부공간을 구비하고, 유제의 가열을 위하여 가열수단이 구성되는 것이 바람직하다. 또한 가이드롤러(31)는 침지수조(30a)의 유제에 연신사가 안정적으로 침지될 수 있도록 누르기 위한 구성으로서 도 4와 같이 침지수조(30a)의 상부에 하나 이상 구비되어 하나 이상의 가이드롤러(31) 하부에 해당하는 부분에 연신사가 눌려 유제에 침지되도록 구성된다.
아울러 가압롤러(32)는 가이드롤러(31)에 의하여 침지수조에 침지되어 유제가 흡수된 연신사에서 과도하게에 흡수된 유제를 짜내기 위한 구성으로서, 침지수조의 상부에 구비된 가이드롤러(31) 상부에 가이드롤러(31)와 맞닿을 수 있도록 위치되어 침지수조에서 유제가 흡수된 연신사를 가압롤러(32)와의 사이로 가압통과시켜 연신사에 과도하게 흡수된 유제의 일부를 짜내는 구성을 한다.
이때 가압롤러(32)는 일측은 침지수조(30a)에서 회동가능하도록 연결되고 타측은 가압롤러(32)의 중심축과 연결된 지지대(33)에 의하여 거치되고, 지지대(33)의 일정 부분에는 유압실린더 또는 공압실린더(미도시)가 장착되어, 지지대(33)가 침지수조(30a)와 연결된 일측을 중심으로 일정 각도 회동되어 가압롤러(32)가 가이드롤러(31)의 상부에서 이격 또는 맞닿을 수 있도록 조절되도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한 난연제 코팅처리단계(S300c)는 연신단계(S300a)와 유제처리단계(S300b)가 순차적으로 복수 회로 처리될 때, 마지막 연신단계(S300a) 처리 이전의 유제처리단계(S300b)를 대신하여, 연신사에 난연제를 코팅하는 공정으로서, 최종적으로 연신되는 연신사의 표면 및 표면에 미세하게 노출된 기공에 난연제를 코팅시켜 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유에 난연성을 부여하기 위한 공정이다.
이때, 난연제는 트리프로필포스페이트, 트리페닐 포스핀, 트리페닐 포스핀옥사이드, 리소시놀 비스트리페놀 포스페이트 또는 비스페놀에이 비스다이페닐 포스페이트(Bisphenol A bis(diphenyl phosphate), BDP) 등과 같은 분자구조 내에 인을 포함하는 인계 난연제를 이용하는 것이 바람직하다.
또한 난연제는 액상의 상태로 구성되어 연신사에 코팅되는 것이 바람직하고, 연신사는 난연제가 코팅된 상태로 연신되기 때문에 연신사의 연신에 따른 연신사 표면의 변화에 따라 난연제가 연신사의 표면 기공까지 용이하게 들어갈 수 있도록 하는 효과를 발휘한다.
아울러 난연제 코팅처리단계(S300c)는 액상의 난연제를 연신사에 원활하게 코팅시킬 수 있는 구성이면 다양한 방법 및 장치에 의하여 처리가능하나, 난연제를 수용하는 침지수조(30b)와; 상기 침지수조(30b)의 상부에 하나 이상 구비되어 연신사가 침지수조(30b)의 난연제에 침지되도록 유도하는 복수 개의 가이드롤러(31);를 이용하여 처리되도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 난연제 코팅처리단계(S300c)의 침지수조(30b)와 가이드롤러(31)는 유제처리단계(S300b)의 침지수조와 가이드롤러(31)와 동일한 구성을 하나, 가압롤러(32)는 미구성되어 침지수조(30b)에 수용되어 연신사에 코팅된 난연제가 가압롤러(32)와 가이드롤러(31)에 의하여 짜지지 않고, 후행 연신기(20)에 연신사가 연신될 때, 연신사에 흡착되어 코팅된 난연제가 연신사의 기공에 충분히 흡수되어 코팅될 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 침지수조(30b)에 수용된 난연제는 이용되는 난연제의 종류에 따라 다소의 차이는 있을 수 있으나, 유제의 가열온도와 동일하게 70~100℃의 온도로 가열처리되어 연신사를 침지시키는 것이 바람직하다.
또한 권취공정(S400)은 상기 연신공정(S300) 처리된 연신사를 권취하는 공정으로서, 본 발명에 의하여 연신 제조된 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 사용 용도에 따라 재가공하거나, 직접 이용하기 위하여 일시적으로 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 관리하는 일반적인 공정이다.
즉, 권취공정(S400)은 일정의 길이를 가지며 연신되고 난연처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 드럼에 감거나, 용기에 담는 과정이다.
이때, 당업자는 연신공정(S300)과 권취공정(S400) 사이에 본 발명에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 2차적으로 가공하기 위한 공정으로서, 연신공정(S300) 처리된 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유에 일정의 굴곡을 부여하여 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 부직시 결속력을 향상시키기 위하여 클림핑기를 이용한 클림핑공정 또는 연신공정(S300) 처리되거나 클림핑공정 처리된 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유의 유제, 난연제 또는 수분을 증발시키기 위하여 건조기를 이용한 건조공정을 더 포함하도록 구성할 수 있다.
다음은 본 발명의 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 제조하는 바람직한 실시예이고, 종래기술에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 제조하는 비교예이다.
1. 용융공정
폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 칩 100kg, 붉은색 안료 0.05kg 및 난연제(chempia, X-guard Retardent FRC-1) 0.1kg을 교반혼합하여 원료를 만든 후, 290℃의 실린더와 270℃의 다이스로 가열되는 압출기에 인입시켜 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 용융시킨다.
2. 방사공정
① 상기 용융공정 처리되어 용융된 원료를 압출기의 다이스 말단에 장착된 펌핑기의 방출구로 배출시켜 여러 가닥의 원사로 만들고, 방출구에서 배출되는 원사를 공냉시켜 원사를 냉각시킨다.
② 상기 ①처리된 원사에 유제(우진정밀화학)를 처리하며 원사가 엉키지 않도록 드럼에 받는다.
3. 연신공정
상기 방사공정 처리된 원사를 해사대에 거치시키고, 해사대에 거치된 원사를 연신기로 유도하여 원사를 연신사로 연신시킨다.
이때, 연신기는 4대를 이용하고, 전체 연신배율은 4.0이며, 선행된 3대의 연신기 각각의 사이에는 유제 침전수조가 구성되며, 3번째와 4번째 연신기 사이의 침전수조에는 난연제(chempia, X-guard Retardent FRC-1)이 수용된다.
4. 권취공정
상기 연신공정 처리된 연신사를 150℃로 건조한 후, 권취한다.
[ 비교예 1]
1. 용융공정
폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 칩 100kg, 붉은색 안료 0.05kg 및 난연제(chempia, X-guard Retardent FRC-1) 0.1kg을 교반혼합하여 원료를 만든 후, 290℃의 실린더와 270℃의 다이스로 가열되는 압출기에 인입시켜 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 용융시킨다.
2. 방사공정
① 상기 용융공정 처리되어 용융된 원료를 압출기의 다이스 말단에 장착된 펌핑기의 방출구로 배출시켜 여러 가닥의 원사로 만들고, 방출구에서 배출되는 원사를 공냉시켜 원사를 냉각시킨다.
② 상기 ①처리된 원사에 유제(우진정밀화학)를 처리하며 원사가 엉키지 않도록 드럼에 받는다.
3. 연신공정
상기 방사공정 처리된 원사를 해사대에 거치시키고, 해사대에 거치된 원사를 연신기로 유도하여 원사를 연신사로 연신시킨다. 이때, 전체 연신배율은 4.0이다.
4. 권취공정
상기 연신공정 처리된 연신사를 150℃로 건조한 후, 권취한다.
[시험]
1. 강도 및 신도 시험
1회 회전시, 1m인 타래를 90m감아 무게를 측정하고 9000m로 환산하여, 강도 및 신도를 측정하였다. 섬유의 강도ㆍ신도의 측정은 자동 인장시험기(Textechno 社)를 사용하여 50cm/분의 속도, 50cm의 파지거리를 적용하여 측정하였다.
2. 난연성 시험(LOI, Limiting Oxygen Index)
난연성을 평가하기 위하여 KS-M ISO 4589-1~3에 의거하여 측정하였다.
상기 강도 및 신도 시험, 난연성 시험에 의한 시험결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
구분 강도(g/de`) 신도(%) LOI
실시예 1 4.9~5.0 30~32 29
비교예 1 4.7~4.9 28~30 24
[결과]
상기 표 1의 결과가 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의한 제조방법으로 제조된 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유는 강도와 신도가 종래기술에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유와 동일한 값을 가졌고, 난연성을 나타내는 LOI값은 본 발명에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유가 종래기술에 의한 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유보다 우수한 결과를 가짐을 알 수 있다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10 : 해사대 20 : 연신기
21 : 연신롤러 30a, 30b : 침지수조
31 : 가이드롤러 32 : 가압롤러
33 : 지지대
S100 : 용융공정 S200 : 방사공정
S300 : 연신공정 S300a : 연신단계
S300b : 유제처리단계 S300c : 난연제 코팅처리단계
S400 : 권취공정

Claims (4)

  1. 압출기를 이용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 용융시키는 용융공정(S100)과;
    상기 용융공정(S100) 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 원료를 방사하고 방사된 원사를 냉각시키는 방사공정(S200)과;
    상기 방사공정(S200) 처리된 원사를 연신기(20)를 이용하여 연신시키며, 연신되는 연신사에 난연제를 코팅시키는 연신공정(S300)과;
    상기 연신공정(S300) 처리된 연신사를 권취하는 권취공정(S400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연신공정(S300)은,
    연신기(20)를 이용하여 원사를 연신시키는 연신단계(S300a)와;
    상기 연신단계(S300a) 처리된 연신사에 유제를 처리하는 유제처리단계(S300b);가 순차적으로 복수 회로 처리되고,
    마지막 연신단계(S300a) 처리 이전의 유제처리단계(S300b)를 대신하여, 연신사에 난연제를 코팅하는 난연제 코팅처리단계(S300c);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유제처리단계(S300b)는,
    유제를 수용하는 침지수조(30a)와;
    상기 침지수조(30a)의 상부에 하나 이상 구비되어 연신사가 침지수조(30a)의 유제에 침지되도록 유도하는 복수 개의 가이드롤러(31) 및;
    연신기(20) 쪽에 해당하는 상기 침지수조(30a)의 상부에 구비된 가이드롤러(31) 상부에 가이드롤러(31)와 맞닿으며 위치되어, 유제가 흡수된 연신사를 가이드롤러(31)와의 사이로 가압통과시키는 가압롤러(32);를 이용하여 처리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 난연제 코팅처리단계(S300c)는,
    난연제를 수용하는 침지수조(30b)와;
    상기 침지수조(30b)의 상부에 하나 이상 구비되어 연신사가 침지수조의 난연제에 침지되도록 유도하는 복수 개의 가이드롤러(31);를 이용하여 처리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 제조방법.
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